KR100984140B1 - 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학용 글라스 렌즈를 성형하기 위한 프레스 몰딩에서 금형 코어 표면에 형성되는 박막 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 금형 코어의 모재(basic material)는 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물(Binder less-Co W·C)로 구성되며, 버퍼층 및 워크층을 포함한다.
버퍼층은 금형 코어의 기능면에 증착되며, 티타늄 알루미늄(TiAl)를 포함하는 제1버퍼층 및 상기 제1버퍼층 상에 증착되며, 세라믹 결정구조를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 포함하는 제2버퍼층으로 구성된다. 또한, 워크층은 상기 버퍼층 상에 증착되며, 글라스와의 이형성을 갖는 이리듐 레늄 합금(IrRe)을 포함한다.
따라서, 상기 이형성 박막의 경도 및 접착강도를 높여 기계적 신뢰도가 향상되며, 이에 따라, 렌즈 금형 코어의 사용 수명(Life Time)이 현저하게 향상되는 효과가 있다.
글라스 렌즈, 박막, 증착, 금형 코어, 텅스텐 탄화물

Description

접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 및 그 제조방법{THIN FILM LAYER STRUCTURE IMPROVING ADHESIVE STRENGTH FOR LENS MOLD CORE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 박막 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학용 글라스 렌즈를 성형하기 위한 프레스 몰딩에서 금형 코어의 기능면에 접착강도를 향상시킬 수 있도록 형성되는 박막 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광학용 글라스 렌즈는 정밀 가공된 금속재질의 금형 코어의 표면에 글라스 성형재를 올려놓고 열과 압력을 가하여 성형하는 프레스 몰딩 방식에 의해 제조된다. 상기 프레스 몰딩 방식이 사용되면서 글라스 렌즈의 대량 생산이 가능해 졌다.
통상 상기 금형 코어의 모재(basic material)는 텅스텐 탄화물(W·C)에 바인더 역할을 하는 코발트(Co)가 극소량 첨가된 합금으로써 기계적 특성인 경도(Hv), 항절력(Transerse rupture strength : MPa)이 우수하며, 열팽창계수가 낮아 글라스 렌즈를 고온/고압 분위기에서 성형하기 적합한 소재임으로 현재 널리 이용되고 있다.
그러나, 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물(binder less-Co W·C) 소재를 이용하여 글라스 렌즈를 성형하기 위해 다이아몬드 툴을 이용하여 초정밀 가공을 실시한 후, 초정밀 폴리싱까지 경면 가공을 하여 금형 코어를 제조하는데 글라스 렌즈를 바로 성형할 수 없다.
그 이유는 글라스와 텅스텐 탄화물과 이형성이 좋지 않아 고온/고압 분위기에서 글라스가 금형 코어에 융착되는 현상이 나타나 불량이 발생된다. 따라서, 초정밀 가공된 금형 코어의 기능면(렌즈 성형 면)에 글라스와의 이형성이 우수한 박막을 나노 두께로 증착하여 500 내지 700℃의 고온에서 물성이 변하지 않는 물질과 증착 기술을 개발하기 위한 연구활동이 활발히 이루어지고 있다.
종래 코팅 물질로는 백금(Pt)을 이용하여 이온빔 증착 방법으로 박막제조 기술을 개발하여 초정밀 비구면 금형인 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물의 기능면에 증착하여 구면 및 비구면 글라스 렌즈를 제조하였지만, 라이프 타임(shot)이 길지 않으며 코팅물질 또한 코스트가 고가임으로 중소기업에서 사용하기에 원가 비용면에서 상당한 비중을 차지한다.
현재 구면 및 비구면 글라스 렌즈의 제조를 위한 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물 소재에 증착되는 물질로는 중간층으로 크롬(Cr) 및 티타늄(Ti)이 증착되며 워크(Work)층으로는 귀금속계열의 이리듐 레늄 합금(IrRe) 타켓(taget)을 이용하여 증착하는데, 진공 펌프 시스템과 챔버, 가열시스템, 파워컨트롤러, 냉각시스템으로 구성된 PVD(Physical Vapor Deposition) 및 PACVD(Plasma Assisted Vapor Deposition)등 다양한 증착 방법 중 한 가지를 선택하여 이형성 나노 박막을 증착 하고 있다.
중간층 및 워크층의 이형성 박막은 밀도, 결정구조, 접착강도, 내부응력 및 경도에 따라 고온/고압 분위기에서 금형 코어의 수명을 결정한다. 이형성 박막의 밀도, 결정구조, 접착강도, 내부응력 및 경도는 진공 챔버 안에서 이온화된 물질의 증착을 위한 공정조건 및 박막물질에 따라 구면 및 비구면 글라스 렌즈를 제조하는 금형 코어의 수명의 차이가 심하다.
또한, 금형 코어의 모재인 바인더레스인 코발트 텅스텐 탄화물의 물성에 따라 이형성 박막의 밀도, 결정구조, 접착강도, 내부응력 및 경도에 영향을 미치는데 세라믹의 물성인 고온내산화성, 높은 열전도도, 낮은 열팽창율, 높은 경도값에 가까운 기계적 특성을 가질수록 우수한 이형성 박막의 물성을 가지는데 유리하다.
상기 금형 코어의 기능면에 증착되는 이형성 박막의 물성이 우수할수록 글라스 렌즈를 성형할 수 있는 횟수가 많아진다. 특히, 박막의 접착강도의 영향을 많이 받는다.
통상 당업계에서 증착되고 있는 상기 이형성 박막은 제조원가를 절감하기 위한 활동인 성형 수명(Lift Time)을 향상시키기 위한 공정개선으로 진공 챔버에서 플라즈마를 이용해 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물의 표면에 중간층으로 크롬(Cr) 또는 티타늄(Ti)을 증착하고 워크층으로 이리듐 레늄 합금(IrRe)을 증착하여 물성을 향상시키기 위한 공정조건 변경 기술개발은 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 금형 코어의 모재와의 접착강도를 향상시켜 성형 수명을 연장시킬 수 있는 렌즈 금형 코어의 박막 구조물을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기한 박막 구조물을 형성하기에 적합한 제조 방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물은 광학용 글라스 렌즈를 성형하기 위한 프레스 몰딩에서 금형 코어 모재(basic material)의 표면에 코팅되는 박막 구조물에 있어서, 상기 금형 코어의 모재의 기능면 상에 증착되며, 티타늄 알루미늄(TiAl)를 포함하는 제1버퍼층 및 상기 제1버퍼층 상에 증착되며, 세라믹 결정구조를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 포함하는 제2버퍼층으로 구성되는 버퍼층; 및 상기 버퍼층 상에 증착되며, 글라스와의 이형성을 갖는 이리듐 레늄 합금(IrRe)을 포함하는 워크층;을 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 금형 코어의 기능면은 이온충격(ion bombardment)을 거친 에칭된 면인 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 금형 코어의 모재는 코발트(Co)가 1.0at% 첨가되며, 입자크기는 0.5 내지 1.0 ㎛이고, 경도Hv는 2,100 내지 2,400인 특성을 갖는 바인더 레스 코발트 텅스텐 탄화물(Binder less-Co W·C)로 구성되는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 이리듐 레늄 합금(IrRe)을 포함하는 워크층은 이리듐(Ir)과 레늄(Re)이 7 : 3의 원자비로 구성되는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 박막 구조물은 총 두께가 200 내지 500nm로 형성되는 것이 특징이다.
한편, 상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 제조방법은 광학용 글라스 렌즈를 성형하기 위한 프레스 몰딩에서 금형 코어 모재(basic material)의 표면에 코팅되는 박막 구조물의 제조방법에 있어서, 상기 금형 코어의 모재에 증착 물질을 형성하기 전, 표면상에 존재하는 불순물을 제거하기 위해 전처리 공정을 수행하는 단계; 상기 전처리 공정을 수행한 상기 금형 코어 모재의 기능면에 티타늄 알루미늄(TiAl)를 포함하는 제1버퍼층을 형성하는 단계; 상기 제1버퍼층 상에 세라믹 결정구조를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 포함하는 제2버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 제2버퍼층 상에 글라스와의 이형성을 갖는 이리듐 레늄 합금(IrRe)을 포함하는 워크층을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 금형 코어의 모재 상에 형성된 박막 구조물의 각 계면에 발생되는 스트레스를 완화시키기 위해 상기 워크층이 형성된 금형 코어 모재에 10×10-6Torr의 고진공 상태에서 400 내지 700℃의 온도 범위 내에서 열처리를 실시하는 제2열처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 제2열처리 수행 단계 이후, 10×10- 6Torr의 고진공 상태을 유지하며, 금형 코어의 온도를 상온으로 떨어뜨리는 냉각 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 후처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 전처리 공정을 수행하는 단계는 상기 금형 코어 모재가 배치되는 챔버 내부를 5×10-6 내지 5×10-7 Torr의 진공 상태로 조성하고, 상기 금형 코어 모재를 500 내지 700℃ 온도 범위에서 가열하는 제1열처리 공정 단계; DC1 과정의 타켓인 티타늄 알루미늄(TiAl)에 200 내지 350W, DC2 과정의 타켓인 이리듐 레늄 합금(IrRe)에 200 내지 350W 범위의 전원을 인가하고, 상기 금형 코어의 모재에 -600 내지 -900V의 RF 바이어스로 인가하는 프리-스퍼터(Pre-sputter) 공정 단계; 아르곤 이온(Ar+)을 5×10-4 내지 5×10-6 Torr의 진공상태에서 상기 금형 코어의 모재에 가(bombardment)하고, -600 내지 -900V의 RF 바이어스로 인가하는 이온 에칭 공정 단계; 및 상기 이온 에칭 공정의 전처리 공정으로, 1.0 내지 7.5×10-3Torr 진공 상태에서 티타늄 알루미늄(TiAl)이 장착된 타켓으로 200 내지 400W의 DC전원을 인가하고, 99.9999%(6N)를 갖는 극초고순도 아르곤(Ar) 가스를 이용하여 MFC(Mass Flow Controller)로 5 내지 20sccm(stander cubic centimerer per minute)으로 투입하며, 상기 금형 코어의 모재에 200 내지 450℃ 온도 범위 내에서 -600 내지 -900V의 RF 바이어스를 인가하는 메탈 에칭 공정 단계를 포함하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 제1버퍼층을 형성하는 단계는 티타늄 알루미늄(TiAl) 타켓에 대하여 200 내지 400W의 전원을 인가하고, 99.9999%(6N)를 갖는 극초고순도 아르곤(Ar) 가스를 이용하여 MFC(Mass Flow Controller)로 5 내지 20sccm(stander cubic centimerer per minute)으로 투입하며, 1.0 내지 7.5×10-3Torr의 진공 상태로 250 내지 450℃ 온도 범위 내에서 상기 금형 코어의 모재에 -200 내지 -300V 범위의 DC 바이어스를 인가한 후, 수분 뒤 -100 내지 -150V 범위의 DC 바이어스를 인가하는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 제2버퍼층을 형성하는 단계는 티타늄 알루미늄 (TiAl) 타켓에 대하여 200 내지 400W의 전원을 인가하고, 99.9999%(6N)를 갖는 극초고순도의 아르곤(Ar) 및 질소(N2) 가스를 이용하여 MFC(Mass Flow Controller)로 5 내지 15sccm(stander cubic centimerer per minute)으로 투입하며, 1.0 내지 7.5×10-3Torr의 진공 상태로 250 내지 450℃ 온도 범위 내에서 상기 금형 코어의 모재에 -75 내지 -150V 범위로 DC 바이어스를 가변하며 인가하는 것이 특징이다.
이때, 상기 아르곤(Ar) 및 질소(N2) 가스는 그 비율이 1 : 2 또는 2 :1로 구성되는 것이 특징이다.
하나의 예로써, 상기 워크층을 형성하는 단계는 이리듐 레늄 합금(IrRe) 타켓에 대하여 200W의 DC 전원을 인가하고, 99.9999%(6N)를 갖는 극초고순도의 아르곤(Ar) 가스를 이용하여 MFC(Mass Flow Controller)로 10 내지 20sccm(stander cubic centimerer per minute)으로 투입하며, 1.0 내지 7.5×10-3Torr의 진공 상태로 200 내지 450℃ 온도 범위 내에서 상기 금형 코어의 모재에 -75 내지 -200V 범위로 DC 바이어스를 가변하며 인가하는 것이 특징이다.
이때, 상기 이리듐 레늄 합금(IrRe)은 이리듐(Ir)과 레늄(Re)이 7 : 3의 원자비로 구성되는 것이 특징이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 박막 구조물은 금형 코어의 모재가 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물로, 기능면에 이온충격(ion bombardment)을 거친 에칭된 면으로 제조한 후, 버퍼층인 티타늄 알루미늄(TiAl) 박막을 증착하고, 세라믹 결정구조를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 증착한다.
또한, 최종적으로 글라스와의 이형성이 우수한 워크층엔 이리듐 레늄 합금(IrRe) 증착한다.
따라서, 금형 코어의 박막 구조물 구조가 단순하면서도 고온 내산화 특성 및 고경도 특성을 향상시킴으로써, 종래 기술에 따른 박막 구조물의 기계적 특성에 비해 우수한 경도 및 접착 강도를 갖게 되며 이에 따라 사용 수명을 향상시켜 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들에 따른 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 및 그 제조방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하 게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시 예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 각 구성 요소들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 상기 하나의 구성 요소는 상기 다른 구성요소 위에 형성되거나 또는 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 또 다른 구성 요소들이 상기 다른 구성 요소 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 각 구성 요소들이 "제1", "제2" 및/또는 "제3"으로 언급되는 것은 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 구성 요소들을 구분하기 위한 것이다. 따라서 "제1", "제2" 및/또는 "제3"은 각 구성 요소에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.
접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 박막 구조물을 설명하기 위한 도면으로, 도 1(a)은 금형 코어의 사시도 및 상기 금형 코어의 A-A'단면도이다. 또한, 도 1(b)은 상기 금형 코어의 모재에 형성되는 박막 구조물을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 모재를 설명하기 위한 SEM 사진이다.
일반적으로, 광학 글라스 렌즈 성형용 금형 코어는 하측 금형 코어 및 상측 금형 코어로 분리되며 글라스 렌즈를 성형하기 위해 상기 글라스 렌즈의 형성과 대응하는 구조를 갖는 기능면(렌즈 성형 면)이 구비된다.
또한, 각 금형 코어의 모재(母材 ; basic material)(10)는 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물 합금(binder less-Co W·C)을 사용한다.
도 2를 참조하면, 상기 금형 코어의 모재의 단면에 대한 SEM(scanning electron microscope) 사진으로, 상기 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물 소재의 특성은 코발트(Co)가 바람직하게는 1.0at% 첨가되며, 입자크기는 0.5 내지 1.0 ㎛이고, 경도Hv는 2,100 내지 2,400으로 이형성 박막 증착 시 좋은 특성을 가질 수 있다.
또한, 텅스텐(W) 및 탄소(C)의 입자 크기는 0.5 내지 1.0 ㎛로 나타난다. 여기에서, 상기 텅스텐(W) 및 탄소(C)의 입자 크기가 작을수록 코팅을 하기 위한 소재로서 적합하다.
여기에서, 상기 금형 코어의 모재(10)의 기능면 상에 증착되는 이형성 박막 구조물(20)은 텅스텐 탄화물보다 우수한 물성을 지닌 세라믹 결정으로 박막을 증착하게 된다.
즉, 상기 금형 코어의 모재(10)의 기능면에 글라스 재질과의 이형성(mold releasing property)을 제공하기 위해 이형성이 우수한 세라믹 결정의 워크층(200)을 형성한다.
이때, 상기 세라믹 결정으로 박막을 증착하기 이전에 상기 금형 코어의 모 재(10) 텅스텐 탄화물은 증착되는 상기 세라믹 결정의 워크층(200)과의 접착강도를 높이기 위해 버퍼층(210)을 증착하게 된다.
본 발명에서는 광학 글라스 렌즈를 성형하기 위한 프레스 몰딩에서, 종래 버퍼층 및 워크층의 기계적 특성보다 우수한 경도 및 접착강도를 높여 수명을 향상시킬 수 있는 금형 코어의 박막 구조물을 제공한다.
다시 말해, 본 발명에 따른 박막 구조물(20)은 금형 코어 모재(10)와의 박막 접착강도 및 경도를 향상시키며, 상기 글라스 렌즈와 이형성을 갖도록 구성된다.
구체적으로, 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물(20)은 금형 코어 모재(10)의 기능면에 증착되는 버퍼층(210) 및 상기 버퍼층(210) 상에 글라스와의 이형성을 제공하는 워크층(200)을 포함한다.
이때, 상기 버퍼층(210)은 상기 금형 코어의 모재(10)를 외부 충격으로부터 완화시키기 위한 버퍼 기능 및 상기 워크층(200)과의 접착 강도의 향상을 제공하는 층으로, 제1버퍼층(211) 및 제2버퍼층(212)으로 구성된다.
여기에서, 상기 금형 코어의 모재(10)의 기능면은 이온충격(ion bombardment)을 거친 에칭된 면으로, 금형 코어의 박막 구조물(20)을 제조하기 이전에 전처리 공정으로 상기 기능면을 식각 처리하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 버퍼층(210)의 제1버퍼층(211)은 상기 금형 코어의 모재(10)의 기능면 상에 증착되며, 티타늄 알루미늄(TiAl)를 포함한다. 또한, 상기 버퍼층(210)의 제2버퍼층(212)은 상기 제1버퍼층(211) 상에 증착되며, 세라믹 결정구조 를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 포함한다.
상기 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)은 세라믹 특성을 가지고 있으며, 비커스 경도가 2600 내지 3000Hv 정도이고 고온산화 온도가 약 800℃ 이상이기 때문에 매우 우수한 고온 내산화성 및 고경도 특성을 갖는다.
이에 따라, 상기 제2버퍼층(212)은 상기 제1버퍼층(211) 상에 구비되어 상기 제1버퍼층(211)을 보호하며 금형 코어의 사용 수명을 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 박막 구조물(20)은 최종적으로 글라스와의 이형성이 우수한 워크층(200)을 형성한다. 상기 워크층(200)은 상기 버퍼층(210) 상에 증착되며, 글라스와의 이형성을 갖는다.
또한, 상기 워크층(200)은 고경도 특성과 마모 저항성이 우수한 이리듐(Ir), 레늄(Re), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru)과 같은 귀금속 계열의 금속 또는 합금 재질을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 워크층(200)은 이리듐과 레늄의 합금(IrRe)으로 형성된다. 이때, 글라스 렌즈와의 마찰에 의해 레늄(Re) 성분이 주로 마모되기 때문에, 이리듐의 함량이 클수록 마모율을 저하시킬 수 있다.
따라서, 상기 워크층(200)으로 이리듐 함량이 상대적으로 많은 합금을 사용하는 것이 사용 수명 측면에서 바람직하며, 상기 이리듐과 레늄의 원자비를 7 : 3으로 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 본 발명의 금형 코어가 비구면 글라스 렌즈 제조용으로 형성된 경우에 상기 기능면의 형상이 굴곡을 갖기 때문에, 상기 박막 구조물(20)의 총 두께는 200 내지 500nm로 형성되는 것이 바람직하다.
이는 상기 박막 구조물(20)의 총 두께가 500nm를 초과하면 글라스 렌즈 성형시 비구면 형상을 구현하기 어렵기 때문이다. 도면에 도시되지는 않았으나, 금형 코어의 기능면의 중심 두께와 외각 두께의 차이가 상기 박막 구조물(20)이 두꺼울수록 증가한다는 측면도 고려해야 한다. 또한, 금형 코어를 재생하고자 할 때, 고밀도의 박막 구조물을 짧은 시간에 벗겨내기 위해서는 가공 시간이 많이 걸리므로, 상기 박막 구조물은 최대한 얇게 형성하되, 사용 수명은 최대한 확보하는 선에서 두께를 결정하는 것이 바람직하다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 박막 구조물(20)은 금형 코어의 모재(10)가 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물로, 기능면에 이온충격(ion bombardment)을 거친 에칭된 면으로 구성하고, 버퍼층(210)은 티타늄 알루미늄(TiAl) 박막을 증착한 후, 고온 내산화 특성 및 고경도 특성의 세라믹 결정구조를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 증착한다. 또한, 최종적으로 글라스와의 이형성이 우수한 워크층(200)엔 이리듐 레늄 합금(IrRe)을 증착함으로써, 그 구조가 단순하면서도 종래기술에 따른 박막 구조물의 기계적 특성에 비해 우수한 경도 및 접착 강도를 갖게 되며 이에 따라 사용 수명을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 금형 코어에 이형성 박막을 증착시키기 위한 박막 증착 설비의 일 예를 간략히 설명하자면, 상기 박막 증착 설비의 바람직한 예로써 D·C Magnetron Sputter M/C이 있다. 상기 D·C Magnetron Sputter M/C 장비는 진공 환경이 요구되는 PVD(Physical Vapor Deposition : 물리적 증기 증착법)의 일종이다.
상기 D·C Magnetron Sputter M/C 장비의 구성은, 진공시스템으로 고진공을 형성할 수 있는 터보펌프와 상기 터보펌프의 보조 펌프인 로터리 펌프로 구성되어 있으며, 챔버(Chamber)는 금형 코어를 장착할 수 있는 메인 챔버(Main Chamber)와 이온화 가속을 위한 버퍼 챔버(Buffer Chamber)로 조합되어 있다. 챔버 내의 분위기를 제어할 수 있는 가스 delivery 시스템과 공정온도를 조절할 수 있는 heating 시스템, 진공도를 측정하기 위한 고진공/저진공 센서 및 챔버 내의 진공도를 일정하게 유지하기 위한 게이지와 밸브 등으로 구성된다.
또한, 증착할 물질을 플라즈마로 이온화하기 위한 Two Target 시스템과 파워를 조절할 수 있는 컨트롤러를 포함한다.
이때, 상기 버퍼 챔버는 가스를 이온화 및 이온을 조절할 수 있도록 구성되는데, 이는 Filament P/W, Magmet P/W, Arc(Anode) P/W, High voltage P/W, Low voltage P/W를 포함한다.
또한, 상기 메인 챔버는 DC1 P/W, DC2 P/W, Bias P/W, Heater P/W를 포함한다.
접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물의 제조방법
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 형성 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 전처리 공정을 설명하기 위한 순서도이다.
또한, 도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 박막 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도면을 참조하면, 먼저 코팅하고자 하는 렌즈 금형 코어용 모재(basic material)(10)를 준비한다. 상기 모재(10)는 금속 또는 합금 재료를 이용하여 렌즈 금형 코어용으로 성형함으로써 형성되며, 예를 들면, 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물(Binder less-Co W·C) 재질로 이루어질 수 있다.
상기 코발트 텅스텐 탄화물(Co W·C)은 바인더 역할을 하는 코발트(Co)를 소량 포함하고 있어, 경도(Hv), 항절력(transverse rupture strength; MPa)이 우수하며 열팽창 계수가 낮다. 따라서, 상기 코발트 텅스텐 탄화물(Co W·C)은 글라스 렌즈를 고온 및 고압의 상태에서 제조하기에 매우 적합하다.
여기에서, 상기 금형 코어의 모재(10)를 구성하는 텅스텐 탄화물(W·C)과 코발트(Co)의 원자비(atomic ratio)는 약 1 : 0.01 정도로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 금형 코어의 모재(10)에 대한 코발트(Co)의 원자 함량이 약 1% 정도이며, 2100 내지 2400 Hv의 경도를 갖는다.
한편, 본 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 박막 구조물(20)은 상기 금형 코어의 모재(10) 표면에 증착 물질을 형성하기 전에 다양한 전처리 공정을 우선적으로 수행할 수 있다. 상기 전처리 공정(s10)으로는 제1열처리 공정(s100), 프리-스퍼터(Pre-sputter) 공정(s110), 이온 에칭(ion etching) 공정(s120) 및 메탈 에칭(metal etching) 공정(s130) 등을 포함한다.
도 4를 참조하여 설명하자면, 먼저, 상기 제1열처리 공정(s100)은 금형 코어의 모재(10) 표면상에 존재하는 불순물을 제거하고, 금형 코어 성형 후의 잔류 응력을 완화시키며, 특히, 코발트 텅스텐 탄화물(Binder less-Co W·C)로 이루어진 금형 코어 모재(10) 내에 코발트(Co)를 확산시키기 위해 제공된다.
이때, 상기 제1열처리 공정(s100)의 예를 들면, 챔버(chamber) 내부를 고진공 펌프 및 저진공 펌프를 이용하여 5×10-6 내지 5×10-7 Torr의 고진공 상태로 조성하며, 500 내지 700℃의 온도범위에서 열처리를 수행한다.
한편, 상기 프리-스퍼터 공정(s110)은 증착하고자 하는 물질의 표면 산화물 및 탈 가스 처리를 위하여 제공되는 공정이다. 예를 들면, 상기 프리-스퍼터 공정(s110)은 DC1 과정의 타켓인 티타늄 알루미늄(TiAl)에 200 내지 350W 범위에서 전원을 수분 동안 인가하고, DC2 과정의 타켓인 이리듐 레늄 합금(IrRe)에 200 내지 350W 범위에서 전원을 수분 동안 인가한다. 또한, 금형 코어의 모재(10)에는 바이어스(bias)를 RF로 -600 내지 -900V 범위에서 인가한다.
위의 과정은 shutter로 타켓 부분을 클로우즈하여 금형 코어로 플라즈마가 진행되지 않게 실시하며, 박막의 물성 향상 및 상기 금형 코어의 오염을 방지하기 위함이다.
상기 이온 에칭 공정(s120)은 높은 에너지를 갖는 아르곤 이온(Ar+) 등을 이용하여 상기 금형 코어의 모재(10)의 표면을 식각하기 위하여 제공되는 공정으로, 상기 아르곤 이온(Ar+)을 5×10-4 내지 5×10-6 Torr의 진공 압력을 갖는 챔버 내에서 높은 에너지를 가지고 챔버 내에 안착되는 금형 코어의 모재(10) 기능면(렌즈 성형면)에 가(bombardment)하게 된다.
이때, 상기 금형 코어의 모재(10) 기능면에 바이어스를 RF로 -600 내지 -900V를 인가하여, 상기 아르곤 이온(Ar+)의 리플렉션(reflection)효과를 더욱 향상시킴으로써 금형 코어의 모재(10) 기능면에 불순물 및 산화물을 제거할 수 있게 된다.
그 이유는 아르곤 이온이 강한 에너지를 갖고 상기 모재(10)의 기능면에 도달하기 때문에 높은 바이어스를 인가하지 않으며, 상기 아르곤 이온의 흡수 및 반사만이 일어나기 때문이다. 따라서, 본 실시예에서와 같이 아르곤 이온을 강하게 당길 수 있도록 높은 바이어스를 인가하는 것이 바람직하다.
한편, 메탈 에칭 공정(s130)은 상기 금형 코어 모재(10)의 기능면을 포함한 표면 상에 잔류하는 불순물을 제거하고, 이온의 증착의 전처리 공정으로서 제공되는 공정이다. 예를 들면, 상기 이온 에칭 공정(s120) 전 과정으로, 티타늄 알루미늄(TiAl)이 장착된 타켓 물질 부위 200 내지 400W의 DC전원을 인가하여, 알루미늄 이온(Al+), 티타늄 이온(Ti+) 및 아르곤 이온(Ar+)의 안정된 플라즈마를 형성시킨다.
이때, 아르곤(Ar) 가스는 99.9999%(6N)로 극초고순도 가스를 이용하며, MFC(Mass Flow Controller)로 5 내지 20sccm(stander cubic centimeter per minute)으로 투입되며, 진공도는 1.0 내지 7.5×10-3Torr로 상기 금형 코어의 모재(10)에 -600 내지 -900V의 RF 바이어스를 인가한 상태에서 200 내지 450℃ 온도 범위 내에서 수분 동안 수행될 수 있다.
상술한 제1열처리 공정(s100), 프리-스퍼터 공정(s110), 이온 에칭 공 정(s120) 및 메탈 에칭 공정(s130)을 포함하는 상기 전처리 공정(s10)은 선택적으로 하나 내지 세 개의 공정으로 수행될 수 있으나, 상술한 모든 전처리 공정들을 순차적으로 수행하는 것이 금형 코어의 품질면에서 가장 바람직하다.
한편, 도 3 및 도 5 내지 도 6을 참조하면, 상기 금형 코어의 모재(10)의 기능면(렌즈 성형 면) 즉, 모재(10)의 표면상에 버퍼층(210)을 형성한다.
상기 버퍼층(210)은 세라믹 결정을 포함하는 워크층(200)을 형성하기 이전에 상기 금형 코어 모재(10)인 텅스텐 탄화물과 상기 워크층(200)과의 접착강도를 높이기 위해 버퍼층(210)을 증착하게 된다.
여기에서, 상기 버퍼층(210)은 상기 금형 코어의 모재(10)의 기능면에 티타늄 알루미늄(TiAl)박막을 증착시키기 위한 제1버퍼층 형성 단계(s20) 및 상기 제1버퍼층(211) 상에 세라믹 결정구조를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막을 증착시키기 위한 제2버퍼층 형성 단계(s30)를 수행함으로써 제조된다.
먼저, 티타늄 알루미늄(TiAl)을 포함하는 제1버퍼층 형성 단계(s20)는 후속하여 성형되는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 포함하는 제2버퍼층(211)이 상기 금형 코어의 모재(10) 표면으로부터 분리되지 않도록 접착력을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 상기 모재(10)의 표면상에 티타늄 알루미늄(TiAl)을 포함하는 제1버퍼층(211)을 형성하기 위하여 티타늄 알루미늄(TiAl) 타켓에 대하여 200 내지 400W의 전원을 인가하여, 티타늄 이온(Ti+), 아르곤 이온(Ar+) 및 알루미늄 이온(Al+)의 안정된 플라즈마를 형성한다.
이때, 아르곤(Ar) 가스는 99.9999%(6N)로 극초고순도 가스를 이용하며, MFC(Mass Flow Controller)로 상기 아르곤(Ar) 가스를 5 내지 20sccm(stander cubic centimeter per minute)으로 투입하며, 진공도는 1.0 내지 7.5×10-3Torr로 250 내지 450℃ 온도 범위 내에서 상기 금형 코어의 모재(10)에 -200 내지 -300V의 DC 바이어스를 수분 동안 인가한 후, 다시 -100 내지 -150V 범위 내에서 수분 동안 인가한다.
다음에, 상기 제1버퍼층(211) 상에 세라믹 결정구조를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 포함하는 제2버퍼층(212)를 증착하여 형성한다.
구체적으로, 상기 세라믹 결정구조를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 포함하는 제2버퍼층(212)의 박막을 제조하기 위해 99.95% 이상의 순도를 갖는 티타늄 알루미늄(TiAl)로 구성된 타켓 물질에 200 내지 400W의 DC 전원을 인가하여 티타늄 이온(Ti+), 아르곤 이온(Ar+), 알루미늄 이온(Al+) 및 질소 이온(N+)의 안정된 플라즈마를 형성한다.
이때, 아르곤(Ar) 및 질소(N2) 가스는 99.9999%(6N)로 극초고순도 가스를 이용하며, MFC(Mass Flow Controller)로 상기 아르곤(Ar)와 질소(N2) 가스를 1 내지 2:2 내지 1 비율로 총 5 내지 15sccm(stander cubic centimerer per minute)으로 투입한다.
또한, 진공도 1.0 내지 7.5×10-3Torr의 분위기 하에 상기 금형 코어의 모 재(10)에 200 내지 450℃ 온도 범위 내에서 수십분 동안 실시한다. 또한, 상기 금형 코어의 모재(10)에 바이어스를 DC -75 내지 -150V로 가변시키며 인가한다.
온도 및 바이어스에 따라 형성되는 상기 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)은 결정 구조 및 밀도가 상이해지는데, 상기한 조건 하에서는 스트럭처 존 모델(Structure Zone Model)에서 주상결정립(columnar grains) 성장을 하며, 밀도가 우수한 성장막을 보이기 때문이다.
상술한 제1버퍼층(211) 및 제2버퍼층(212)을 포함하는 상기 버퍼층(210)은 다양한 방법으로 형성될 수 있으나, 본 실시예에서는 상대적으로 저온 공정이 가능한 직류 마그네트론 스퍼터링 방법(magnetron sputtering)을 통해 형성된다. 이에 따라, 종래에 비해 저온에서 형성될 수 있으므로 생산성이 크게 향상될 수 있다.
또한, 상술한 제1버퍼층(211) 및 제2버퍼층(212)이 형성되는 공정들은 동일한 챔버 내에서 인 시튜(in-situ) 방식으로 수행될 수 있다.
한편, 상기 워크층(200)은 상기 버퍼층(210)의 제2버퍼층(212) 상에 증착되어, 글라스와의 이형성을 제공한다. 또한, 상기 워크층(200)은 이리듐(Ir) 또는 레늄(Re)을 포함할 수 있으며, 이리듐 레늄 합금(IrRe)으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 이리듐 레늄 합금((IrRe)을 사용할 경우, 글라스 렌즈와의 마찰이 발생했을 때 주로 레늄(Re) 성분이 마모되므로, 이리듐(Ir)의 함량이 클수록 마모율이 저하되므로 사용 수명이 길어질 수 있다. 일 예로써, 상기 이리듐과 레늄이 7:3의 원자비로 구성된 합금 타켓을 이용하여 상기 워크층을 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 워크층을 형성하는 단계(s40)는 이리듐 레늄 합금(IrRe)의 이형성 박막을 제조하기 위한 공정으로, 99.95% 이상의 순도를 갖는 이리듐 레늄(IrRe) 타켓에 200W의 DC 전원을 인가하여, 이리듐 이온(Ir+), 레늄 이온(Re+) 및 아르곤 이온(Ar+)의 안정된 플라즈마를 형성한다.
이때, 아르곤(Ar) 가스는 99.9999%(6N)로 극초고순도 가스를 이용하며, MFC(Mass Flow Controller)로 상기 아르곤(Ar) 가스를 10 내지 20sccm(stander cubic centimerer per minute)으로 투입한다.
또한, 진공도 1.0 내지 7.5×10-3Torr의 분위기 하에 상기 금형 코어의 모재(10)에 200 내지 450℃ 온도 범위 내에서 수십분 동안 실시한다. 또한, 상기 금형 코어의 모재에(10) 바이어스를 DC -75 내지 -200V로 가변시키며 인가한다.
한편, 상술한 공정들을 통해 금형 코어의 모재(10)에 형성된 박막 구조물(20)은 이후, 제2열처리 공정을 포함한 후처리 공정을 수행할 수 있다.(s50)
상기 제2열처리 공정은 상기 박막 구조물(20) 내부의 각 계면에 발생되는 스트레스를 완화시키기 위하여 제공되는 공정이다. 예를 들면, 고진공 펌프를 이용하여 챔버 내의 분위기를 고진공, 예를 들어 10×10-6Torr 이상으로 조성하며, 400 내지 700℃ 온도 범위 내에서 수십분 동안 열처리를 실시한다.
마지막으로, 상기 제2열처리 공정을 수행한 후, 챔버 내를 10×10-6Torr 이상으로 유지하면서 금형 코어의 온도가 상온으로 떨어뜨리는 냉각 공적을 수행함으 로써, 상기 렌즈 금형 코어의 박막 구조물(20)을 완성한다.
상술한 실시예에 따라 형성된 상기 박막 구조물(20)은 그 두께가 200 내지 500nm이며, 비구면 글라스 렌즈를 제조함에 있어, 비구면 형상에 저해되는 두께는 아니다.
접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물의 실험예
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 통해 제조되는 상기 금형 코어의 박막 구조물은 하기 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같은 실험 결과를 갖는다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 형성된 글라스 렌즈 성형용 박막 구조물의 물성을 분석한 분석표이다.
통상 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막의 버퍼레이어로 티타늄 질화물(TiN), 티타늄(Ti) 등이 사용된다. 이때, 이를 비교하기 위하여 버퍼레이어를 각각 증착한 후 상기 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 코팅을 실시한 시편의 기계적 성질을 조사하기 위해 경도시험기로 Shimadzu사의 Micro Hardness Tester를 사용한다.
또한, 증착된 시편에 25g의 하중을 가하며, 인접 압흔에 의한 영향을 피하기 위해 각 압흔 대각선의 길이의 3배 이상 떨어진 곳에 경도 시험을 실시하며, 각 시편의 경도는 7회 이상 측정한 후, 최고값과 최저값을 제외하고 나머지의 평균값으로 정한다.
상술한 조건에 따른 결과는 도 7에 도시된 바와 같이, 버퍼레이어로 티타늄 질화물(TiN)을 증착한 것보다 티타늄 알루미늄(TiAl)을 증착한 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막의 경도가 Hv 2,548로 더 우수한 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 구조물의 초경금형 및 접착강도를 분석하기 위한 그래프이다.
구체적으로, 상기 도 8은 상술한 박막 구조물의 초경금형 및 접착강도를 분석하기 위하여 scratch test 및 scratch 흔을 확인하기 위해 광학현미경을 통해 분석된 그래프 자료이다.
상기 scratch test의 원리는 시편에 수직방향의 탐침이 시편에 직선적으로 증가하는 하중을 가하면서 상기 시편은 일정한 속도로 탐침에 수직방향으로 움직인다.
시험이 진행되는 동안 상기 탐침 전방 부분 박막에는 압축응력이 증가되어 임계 하중(Critical Lord : Lc)에 도달하게 되면, 박막이 떨어지면서 급격한 음성파(acoustic emission)의 증가를 불러온다.
이런 음성파를 검출하거나, 시편의 scratch track을 직접적으로 관찰하여 임계하중을 정하게 된다. 상기 임계하중은 정량적이지는 않지만 상대적인 비교가 가능한 scratch test법을 이용하여 접착력을 평가할 수 있다.
scratch tester(테스터 장비)의 임계하중 측정은 AE(Acoustic Emission) 검출장치가 부착된 REVEST 장치를 사용하며, 각각의 시편에 대해 scratch test를 실시한다.
상술한 임계하중의 측정을 위해 본 실험예에서는 AE와 마찰계수의 변화양상관찰을 통해 일차적으로 임계하중을 설정하며, 광학 현미경 관찰을 통해 최종적으로 시편에 발생한 파괴양상과 비교분석하여 압입자 전방에 계면 분리현상이 발생했을 때, 임계하중으로 결정한다.
상술한 조건에 따른 결과를 살펴보면, 버퍼레이어를 티타늄 질화물(TiN)으로 한 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 박막의 접착강도가 80N으로 우수한 결과값을 도출하였다.
이와 같이, 상기 티타늄 알루미늄(TiAl) 또는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)는 기계적 특성이 우수함으로 그 상부에 증착되는 워크층의 이리듐 레늄 합금(IrRe) 박막의 물성 또한 우수한 특성을 가질 수 있으며, 이에 따라 글라스 렌즈의 성형수명 또한 향상될 수 있다.
여기에서, 상기 도 7 내지 도 8에 따른 실험결과는 본 발명에 따른 렌즈 금형 코어의 박막 구조물을 설명하기 위한 실험예로, 본 발명이 상술한 분석표 및 그래프에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 살펴본 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었으나, 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양한 변형 및 수정 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 박막 구조물을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 모재를 설명하기 위한 SEM 사진.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 형성 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 전처리 공정을 설명하기 위한 순서도.
도 5 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 금형 코어의 박막 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법으로 형성된 글라스 렌즈 성형용 박막 구조물의 물성을 분석한 분석표.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 구조물의 초경금형 및 접착강도를 분석하기 위한 그래프.
*** 도면의 주요 부분에 대한 도면부호의 간단한 설명***
10 : 금형 코어의 모재 20 : 박막 구조물
200 : 워크층 210 : 버퍼층
211 : 제1버퍼층 212 : 제2버퍼층

Claims (13)

  1. 광학용 글라스 렌즈를 성형하기 위한 프레스 몰딩에서 금형 코어 모재(basic material)의 표면에 코팅되는 박막 구조물에 있어서,
    상기 금형 코어의 모재의 기능면 상에 증착되며, 티타늄 알루미늄(TiAl)를 포함하는 제1버퍼층 및 상기 제1버퍼층 상에 증착되며, 세라믹 결정구조를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 포함하는 제2버퍼층으로 구성되는 버퍼층; 및
    상기 버퍼층 상에 증착되며, 글라스와의 이형성을 갖는 이리듐 레늄 합금(IrRe)을 포함하는 워크층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금형 코어의 기능면은
    이온충격(ion bombardment)을 거친 에칭된 면인 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금형 코어의 모재는
    코발트(Co)가 1.0at% 첨가되며, 입자크기는 0.5 내지 1.0 ㎛이고, 경도Hv는 2,100 내지 2,400인 특성을 갖는 바인더레스 코발트 텅스텐 탄화물(Binder less-Co W·C)로 구성되는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이리듐 레늄 합금(IrRe)을 포함하는 워크층은
    이리듐(Ir)과 레늄(Re)이 7 : 3의 원자비로 구성되는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 박막 구조물은
    총 두께가 200 내지 500nm로 형성되는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물.
  6. 광학용 글라스 렌즈를 성형하기 위한 프레스 몰딩에서 금형 코어 모재(basic material)의 표면에 코팅되는 박막 구조물의 제조방법에 있어서,
    상기 금형 코어의 모재에 증착 물질을 형성하기 전, 표면상에 존재하는 불순물을 제거하기 위해 전처리 공정을 수행하는 단계;
    상기 전처리 공정을 수행한 상기 금형 코어 모재의 기능면에 티타늄 알루미늄(TiAl)를 포함하는 제1버퍼층을 형성하는 단계;
    상기 제1버퍼층 상에 세라믹 결정구조를 갖는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)를 포함하는 제2버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2버퍼층 상에 글라스와의 이형성을 갖는 이리듐 레늄 합금(IrRe)을 포함하는 워크층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금형 코어의 모재 상에 형성된 박막 구조물의 각 계면에 발생되는 스트레스를 완화시키기 위해 상기 워크층이 형성된 금형 코어 모재에 10×10-6Torr의 고진공 상태에서 400 내지 700℃의 온도 범위 내에서 열처리를 실시하는 제2열처리 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 제2열처리 수행 단계 이후, 10×10-6Torr의 고진공 상태을 유지하며, 금형 코어의 온도를 상온으로 떨어뜨리는 냉각 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 후처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 전처리 공정을 수행하는 단계는
    상기 금형 코어 모재가 배치되는 챔버 내부를 5×10-6 내지 5×10-7 Torr의 진공 상태로 조성하고, 상기 금형 코어 모재를 500 내지 700℃ 온도 범위에서 가열하는 제1열처리 공정 단계;
    DC1 과정의 타켓인 티타늄 알루미늄(TiAl)에 200 내지 350W, DC2 과정의 타켓인 이리듐 레늄 합금(IrRe)에 200 내지 350W 범위의 전원을 인가하고, 상기 금형 코어의 모재에 -600 내지 -900V의 RF 바이어스로 인가하는 프리-스퍼터(Pre-sputter) 공정 단계;
    아르곤 이온(Ar+)을 5×10-4 내지 5×10-6 Torr의 진공상태에서 상기 금형 코어의 모재에 가(bombardment)하고, -600 내지 -900V의 RF 바이어스로 인가하는 이온 에칭 공정 단계; 및
    상기 이온 에칭 공정의 전처리 공정으로, 1.0 내지 7.5×10-3Torr 진공 상태에서 티타늄 알루미늄(TiAl)이 장착된 타켓으로 200 내지 400W의 DC전원을 인가하고, 99.9999%(6N)를 갖는 극초고순도 아르곤(Ar) 가스를 이용하여 MFC(Mass Flow Controller)로 5 내지 20sccm(stander cubic centimeter per minute)으로 투입하며, 상기 금형 코어의 모재에 200 내지 450℃ 온도 범위 내에서 -600 내지 -900V의 RF 바이어스를 인가하는 메탈 에칭 공정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제1버퍼층을 형성하는 단계는
    티타늄 알루미늄(TiAl) 타켓에 대하여 200 내지 400W의 전원을 인가하고, 99.9999%(6N)를 갖는 극초고순도 아르곤(Ar) 가스를 이용하여 MFC(Mass Flow Controller)로 5 내지 20sccm(stander cubic centimerer per minute)으로 투입하며, 1.0 내지 7.5×10-3Torr의 진공 상태로 250 내지 450℃ 온도 범위 내에서 상기 금형 코어의 모재에 -200 내지 -300V 범위의 DC 바이어스를 인가한 후, 수분 뒤 -100 내지 -150V 범위의 DC 바이어스를 인가하는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제2버퍼층을 형성하는 단계는
    티타늄 알루미늄 (TiAl) 타켓에 대하여 200 내지 400W의 전원을 인가하고, 99.9999%(6N)를 갖는 극초고순도의 아르곤(Ar) 및 질소(N2) 가스를 이용하여 MFC(Mass Flow Controller)로 5 내지 15sccm(stander cubic centimerer per minute)으로 투입하며, 1.0 내지 7.5×10-3Torr의 진공 상태로 250 내지 450℃ 온도 범위 내에서 상기 금형 코어의 모재에 -75 내지 -150V 범위로 DC 바이어스를 가변하며 인가하는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 아르곤(Ar) 및 질소(N2) 가스는
    그 비율이 1 : 2 또는 2 :1로 구성되는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 제조방법.
  12. 제6항에 있어서, 상기 워크층을 형성하는 단계는
    이리듐 레늄 합금(IrRe) 타켓에 대하여 200W의 DC 전원을 인가하고, 99.9999%(6N)를 갖는 극초고순도의 아르곤(Ar) 가스를 이용하여 MFC(Mass Flow Controller)로 10 내지 20sccm(stander cubic centimerer per minute)으로 투입하 며, 1.0 내지 7.5×10-3Torr의 진공 상태로 200 내지 450℃ 온도 범위 내에서 상기 금형 코어의 모재에 -75 내지 -200V 범위로 DC 바이어스를 가변하며 인가하는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 이리듐 레늄 합금(IrRe)은
    이리듐(Ir)과 레늄(Re)이 7 : 3의 원자비로 구성되는 것을 특징으로 하는 접착강도를 향상시킨 렌즈 금형 코어의 박막 구조물 제조방법.
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